淺析鋼管開孔補(bǔ)強(qiáng)

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1、..第19卷鞍山鋼鐵學(xué)院學(xué)報Vol19No6.an...3年JournalofAnshInstituteof1乙5TeehnologyDee199石淺析鋼管開卜強(qiáng)王煥強(qiáng)(基建處)摘要主要對常見的等面積補(bǔ)強(qiáng)作了一些分析,使我們清楚地看到補(bǔ)強(qiáng)的范圍及面積大小,以便在工作中應(yīng)用起來,得。心應(yīng)手開孔,應(yīng)力集中.補(bǔ)強(qiáng)關(guān)鍵詞Tv314分類號在,,。:、管道和壓力容器上由于工藝上和結(jié)構(gòu)上的要求常常需要開孔例如需接出支管設(shè)置人孔、手孔等。當(dāng)管道和容器開孔以后,一方面由于主殼體被削弱,會引起應(yīng)力增加或強(qiáng)度減弱,另一方面由于結(jié)構(gòu)連續(xù)性被破壞,主殼體與支管的變形不一致,在開孔處將產(chǎn)

2、生較大的附.。上述“”。,25一加應(yīng)力現(xiàn)象叫應(yīng)力集中例如圓柱體接管處的局部應(yīng)力可能達(dá)到未開孔時的.35倍。在這樣大的局部應(yīng)力作用下,再加上接管上還有外部載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力和熱應(yīng)力,以,。及材質(zhì)和制造缺陷方面等因素的綜合作用使接管處成為最薄弱的環(huán)節(jié)開孔處的強(qiáng)度減弱,與開孔的位置、開孔大小及管道的工作壓力和工作溫度有關(guān)。同樣的工作壓力和工作溫度,開孔愈大,強(qiáng)度減弱也應(yīng)愈大。因此,當(dāng)開孔達(dá)到一定數(shù)值時,必須在開孔處采取加強(qiáng)措施,稱為開孔的補(bǔ)強(qiáng)。鋼管上開個單孔允許不補(bǔ)強(qiáng)的最大直徑,(稱為最大未加強(qiáng)孔)至今尚無可靠的理論分析我國鍋爐強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圓筒殼體上未加強(qiáng)孔的最大允

3、許孔徑為〔、〕一5.1守。二(s一e)(1一、)(1),。,;;式中〔的為未加強(qiáng)孔的最大允許直徑mmD為鍋筒或主管內(nèi)徑mmS為鍋筒或主管取用,尸D,,,mm;Cmm;K為系數(shù)K-壁厚為附加壁厚’(a200〔〕一P)(S一C),,系數(shù)K實質(zhì)上是圓筒的實際減弱系數(shù)K值愈小最小減弱系數(shù)區(qū)域以外的強(qiáng)度裕度愈,,,大(因整體壁厚是由削弱最嚴(yán)重的部分所決定的)因此在未被減弱區(qū)域開設(shè)單孔時其允許。,一,孔徑愈大當(dāng)容器上不存在孔排或焊縫的減弱并且壁厚沒有裕度時(K1)是不允許存在任何大小的未加強(qiáng)孔。C,、。附加壁厚包括三項附加值壁厚負(fù)公差腐蝕裕度和螺紋深度對壁厚S鎮(zhèn)20mm的

4、碳銅與合金鋼無縫鋼管,腐蝕裕度和壁厚負(fù)公差兩項附加值為C=0.1775+(l一1.5)(2),。,m管子采用螺紋連接壁厚附加值應(yīng)包括螺紋深度采用普通螺紋公稱直徑為15一20m時,螺紋深度為1.162mm;公稱直徑為25一150mm時,螺紋深度為1·479mm...收稿日期:1996一04一08作者:男,32,工程師鞍山鋼鐵學(xué)院學(xué)報1996年管道和壓力容器上開孔尺寸大于允許值,,。色應(yīng)將孔加強(qiáng)以降低孔邊緣的應(yīng)力高峰A亡il』}}】三開,“巨口[二三」丈孔補(bǔ)強(qiáng)計算方法多種多樣通常采用等舊d門:.‘d”。,l1面積補(bǔ)強(qiáng)計算法等面積補(bǔ)強(qiáng)法就是使補(bǔ)強(qiáng).凡丫二!一一,備甲

5、硯叮/的金屬量等于或大于開孔所削弱的金屬量。如萬廠二二口l焦份廠i璐羚F二二}l.,?階分//門,,1l!圖所示它以開孔中心線縱斷面上的正投影..!面積來計算。補(bǔ)強(qiáng)金屬在開孔中心線縱斷面上,的正投影面積必須等于或大于主管上由于開圖1等面積補(bǔ)強(qiáng)計算簡圖孔而削弱的正投影面積。1主管上因開孔而削弱的金屬面積,由圖1可見主管上因開孔而削弱的金屬面積(圖中網(wǎng)狀線部分)等于主管承受內(nèi)壓所需壁厚與開孔直徑的乘積F一ds,(3)F,Z;d,;S,式中為主管因開孔而削弱的金屬面積mm為開孔直徑mm為主管承受內(nèi)壓所需壁厚,mm.(不包括附加值)管道開孔直徑d,在運(yùn)行過程中不斷被腐

6、蝕而擴(kuò)大,應(yīng)采用被腐蝕后的孔徑,d~d+。ZC(4).d。,;。,式中為支管內(nèi)徑mmC為支管壁厚附加值mm2補(bǔ)強(qiáng)有效范圍補(bǔ)強(qiáng)金屬應(yīng)處于主支管的接合部位才能起到補(bǔ)強(qiáng)作用。等面積補(bǔ)強(qiáng)法的有效補(bǔ)強(qiáng)范圍,在A,B,c,。,上圖中D四點所組成的長方形內(nèi)據(jù)此有效補(bǔ)強(qiáng)寬度和高度分別為有效補(bǔ)強(qiáng)寬度b一Zd(5)有效補(bǔ)強(qiáng)高度。一寸硫一般用短管或墊板對大孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),應(yīng)牢固地焊在主管或容器上,使之和主管或容器一起承擔(dān)力的作用。短管或墊板只在孔邊緣附近一定區(qū)域內(nèi)的部分才起補(bǔ)強(qiáng)作用。沿殼體方向,這,。個區(qū)域擴(kuò)展到直徑近于2倍孔徑的同心圓范圍內(nèi)應(yīng)力集中即存在于此區(qū)域內(nèi)孔邊緣附近應(yīng)力衰減情

7、形,見圖2.應(yīng)力衰減在距離2a,以內(nèi)變化明顯故有效補(bǔ)強(qiáng)寬度在此范圍內(nèi)效果最夏勇仗濡’林一了丫丫2J..a圓筒形殼體b球形封頭圖2孔邊緣附近應(yīng)力衰減曲線圖3短管端部彎矩分布圖對于短管,還存在沿高度方向的有效加強(qiáng)范圍。短管端部的變形由于受到筒體的約束,將:19卷6期王煥強(qiáng)淺析鋼管開孔補(bǔ)強(qiáng),。,,,在端部產(chǎn)生彎矩及剪力彎矩分布如圖3示由圖3可見2值越大彎矩下降越快當(dāng)Z-,..。,。心值時M一。117、可認(rèn)為Z、范圍內(nèi)彎矩的影響較明顯、-、稱為有效而;而瓦麗補(bǔ)強(qiáng)高度,補(bǔ)強(qiáng)所必須的金屬面積應(yīng)處于加強(qiáng)支管座的補(bǔ)強(qiáng)有效高度內(nèi)。3可做為補(bǔ)強(qiáng)金屬的面積在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi),主支管

8、上除去承受內(nèi)壓所需壁厚和附加值外,所有